地鐵牽引供電系統(tǒng)的安全可靠是地鐵運營的重要保證。城市的地下管道系統(tǒng)非常錯綜復雜，有煤氣管道，輸油管道，排水管道，通信管道相互交叉。他們跟地鐵軌道相互交叉是不可避免的，雜散電流也會引起這些管道的電化學腐蝕。國內(nèi)就曾出現(xiàn)過水管被雜散電流迅速蝕穿，石油、燃氣管道被腐蝕引起管道泄漏等事故。徹底解決雜散電流腐蝕問題是地鐵項目始終存在的一個工程難題。

一、雜散電流的成因及危害

由于城市軌道交通供電線路位于城市建筑物內(nèi)，供電電壓過高不太合適，所以城市軌道交通運營一般采用直流供電，減少電壓損失。地鐵牽引變電所將10KV電能降壓、整流后經(jīng)過牽引變電所為地鐵列車提供電能。牽引變電所提供電客車運行所需電流，

母線通過接觸軌或接觸網(wǎng)吸收電流，電流通過接觸軌返回牽引變電所負極。具體路徑為：牽引變電所正極-接觸網(wǎng)-受電弓-車輛荷載-輪對-軌道-地下回流線-牽引變電所負極。

由于運營環(huán)境、經(jīng)濟等方面的限制，運行軌道和道床結(jié)構(gòu)不能完全絕緣。隨著地鐵運營時間的推移，隧道污染、潮濕、滲水等問題將逐漸增多，將大大降低地鐵車站和區(qū)間隧道的軌地絕緣性能。許多初始保護措施的效果也會隨著時間的推移而降低，各種因素的不斷積累，增加了運行鋼軌對周圍介質(zhì)的漏電流。因此地鐵或輕軌列車在地下運行時，牽引回流電流的回流路徑不可避免地會有部分電流經(jīng)走行軌向道床及其它結(jié)構(gòu)泄漏到道床及其周圍大地土壤介質(zhì)中，再由大地流回走行軌返回牽引變電所，形成雜散電流。牽引電流的大小和鋼軌對地面的絕緣性能，直接決定這雜散電流的大小。

雜散電流腐蝕特點如下：

1、雜散電流的腐蝕往往是地域性的，在某一區(qū)域內(nèi)，所有埋地金屬構(gòu)筑物均會受到影響，而且干擾有交互作用，干擾體也是一個干擾源;

2、雜散電流的腐蝕比較嚴重，腐蝕多集中于局部位置腐蝕，它會提升金屬構(gòu)筑物的電位，使更大的電流流過金屬構(gòu)筑物或金屬管線;

3、有防腐層時，往往腐蝕集中在防腐層的缺陷位置，防腐層的剝離、破裂和穿孔等使絕緣電阻大幅下降，將會使大量的雜散電流流過該區(qū)域。

基于以上特點，雜散電流的腐蝕主要有以下三種危害：一是腐蝕軌道交通主體結(jié)構(gòu)的鋼筋，影響主體結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全；二是腐蝕軌道交通的金屬管道，提高軌道交通的運營風險和成本；三是，腐蝕軌道交通沿線城市公共管線和結(jié)構(gòu)鋼筋，降低軌道交通沿線公共設施的可靠、安全性。

二、雜散電流的防控

地鐵雜散電流保護的原則是“預防為主，排水為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”。為防止雜散電流的產(chǎn)生，在地鐵設計階段必須設計嚴格、完善的雜散電流保護措施，在施工過程中必須嚴格施工，盡量限制或減少雜散電流的產(chǎn)生和泄漏，并提供雜散電流的回流路徑，如增加雜散電流的收集和排放系統(tǒng)，盡可能減少雜散電流的泄漏，加強監(jiān)測，就是要有一個完善的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)。地鐵線路參數(shù)的實時監(jiān)測，使維護人員能夠及時處理，保證地鐵系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

地鐵線路雜散電流保護是一項系統(tǒng)工程。目前常用的保護措施大致可分為以下兩類：

1、源頭控制

源頭控制主要是指在地鐵建設中，采取必要措施，限制雜散電流向地鐵外側(cè)擴散，使軌道內(nèi)的電流回到牽引變電所的負極，而不是向地下泄漏。因此，應根據(jù)實際經(jīng)驗和雜散電流的仿真計算，盡可能提高鋼軌與地面的絕緣性能，以控制和減少雜散電流的來源，隔離所有可能的雜散電流泄漏，可見雜散電流與列車牽引電流成正比，與牽引變電所之間的距離成反比，與回流軌的縱向電阻成正比，與鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻成反比，所以，可以通過以下途徑控制雜散電流的源頭：

(1)提高列車的牽引電壓，減小列車牽引電流

根據(jù)功率公式P=UI，直流牽引電壓越高，牽引回路電流越小。由于雜散電流與牽引回路電流成正比，增加直流牽引電壓可有效降低雜散電流。目前，DC750V和DC1500V是我國地鐵牽引供電系統(tǒng)的主要供電電壓。DC1500V產(chǎn)生的雜散電流小于DC750V產(chǎn)生的雜散電流。

(2)合理設置變電所，縮短供電距離，降低鋼軌電位

因雜散電流值與牽引變電所的距離成正比，牽引變電所的整定距離不宜過長。在地鐵線路運行中，單邊供電方式會增加牽引變電所之間的補償電流，從而導致雜散電流也隨之增大;雙邊供電模式下，牽引變電所之間的補償電流會明顯降低，雜散電流也會隨之明顯降低，所以，供電區(qū)間內(nèi)應盡量采用雙邊供電模式。

(3)盡量減小鋼軌的縱向電阻

當鋼軌縱向電阻較大時，鋼軌回流引起的壓降也較大，鋼軌與地面的電位差也會增大，從而增大雜散電流泄漏。因此，鋼軌的縱向阻力需要最小化。在保護設計中，應首先選用低阻材料，以增大鋼軌的截面積。短鋼軌與長鋼軌焊接時，應盡量減少鋼軌焊接接頭的縱向高電阻率。目前，為了降低軌道接頭電阻，為雜散電流提供一條低電阻路徑，減小雜散電流，通常采用長軌道和附加電纜連接兩條回流軌道，另外，還可以從道床設計方面加強鋼軌的絕緣，可以采用膠支撐浮制板式道床形式。

(4)增大軌道對地的過渡電阻

由于雜散電流與軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻成反比，增大軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻可以有效地減小雜散電流。隨著地鐵運營時間的增加，軌地過渡電阻減小，可通過嵌埋絕緣材料、加強鋼軌與軌枕的絕緣連接等方式增大過渡電阻，以減少雜散電流。

2、排流控制

目前，在地鐵線路直流牽引供電系統(tǒng)初期，會采用多種防護措施，保證回流軌對地絕緣完好，不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少的雜散電流。但隨著使用時間的增加，回流軌和絕緣扣件之間，回流軌與道床之間的絕緣墊片會不斷受外界環(huán)境的影響，如潮濕、滲水等，使絕緣性能下降，產(chǎn)生大量的泄露電流。針對該情況，可以通過設置合理有效的排流網(wǎng)，將回流軌中向地下泄露的電流引回到牽引變電所，從而減少雜散電流的產(chǎn)生。

漏電保護是一種保護金屬結(jié)構(gòu)的無源電化學保護技術。其基本原理是減少走行軌，通過導線將受保護金屬結(jié)構(gòu)的陽極區(qū)連接起來，使埋地金屬結(jié)構(gòu)中的雜散電流通過導線從陽極區(qū)流回鋼軌，最后流回牽引變電所的負極。此時，受保護的金屬結(jié)構(gòu)在極區(qū)變?yōu)樨撝?，陰極區(qū)的金屬將被還原以保護金屬。

在地鐵系統(tǒng)設計初期，一般需要設置有效的排水網(wǎng)絡裝置，通過排水網(wǎng)絡收集泄漏的雜散電流，提供雜散電流的回流路徑，減少雜散電流的擴散。

地鐵排水網(wǎng)一般由主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)和混凝土整體道床內(nèi)雜散電流收集鋼筋網(wǎng)組成。主體結(jié)構(gòu)鋼筋排水網(wǎng)是隧道混凝土主體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)鋼筋的縱向電氣連接，形成流經(jīng)第二電氣通道的雜散電流，又稱輔助排水網(wǎng)。道床內(nèi)排水網(wǎng)由沿隧道縱向鋪設的兩層鋼筋組成?？v向鋪設的鋼筋每隔50米左右通過鋼筋焊接在一起，同時用鋼筋使上下兩層排流網(wǎng)跨接，使兩層排流網(wǎng)縱向和橫向電氣連接。